Новый подход обещает прогнозировать устойчивость сортов на гораздо более ранней стадии

        

Бактериальный урод разрушает пищевые культуры во всем мире. Он разрушает основные культурные растения, такие как помидоры, картофель, бананы, имбирь и перец. Это происходит во многих странах и нападает на более 200 видов растений.

Бактерия, которая вызывает заболевание, задерживается в почве, семенах и растительном материале в течение многих лет. Он также может заражать воду и сельскохозяйственное оборудование.

Заводчики-селекционеры и фермеры хотели бы знать, насколько устойчивым является сорт для бактерий как можно раньше. Но до сих пор им приходилось сажать – а потом ждать, пока зрелые растения будут наблюдать сопротивление на полях.

Теперь исследование показывает возможный способ экономии времени и значительного снижения риска для фермеров и селекционеров. Новый подход обещает предсказать резистентность сортов намного раньше, чем это было возможно.

Теперь исследователи могут проанализировать устойчивость сортов на стадии рассады для ряда угроз. Они используют растительную метаболомику и статистическое моделирование для дешифрования химических защит растений.

В сочетании с генетическими методами подход будет полезен для определения резистентности, которая зависит от нескольких генов, давняя проблема в селекции растений.

Дилемма фермера

«Когда фермеры покупают семена, им нужно подумать об угрозах, которые растения должны будут выжить. Например, у фермы могут быть засуха и высокая температура. Если почва уже заражена Ralstonia solanacearum бактерий который вызывает увядание, у фермера есть два выбора, говорит профессор Ян Дюбери. Он является директором Центра исследований метаболомий растений в Университете Йоханнесбурга.

«Во-первых, не сажайте культуры, на которые нападает бактериальный увяд. Два, выберите более подходящие сорта растений. Если есть засуха, жара и бактериальный увядание, фермер хочет, чтобы сорт был достаточно устойчив ко всем трем угрозы ".

Это может выглядеть просто в эпоху секвенирования ДНК полного генома. Проанализируйте все гены сортов и выберите подходящие гены для угроз на определенной ферме. Но сопротивление завода может не сработать. Для одной угрозы единственный ген может включать или выключать сопротивление. Для другого может быть задействовано несколько генов.

«Трудно понять, какие сорта устойчивы к бактериальному увядью. Устойчивость к Ralstonia solanacearum – это мультигенная черта – она ​​зависит от многих генов, – и это еще недостаточно понятно. прежде чем наука знает, как это работает », добавляет Дубери.

Опираясь на то, что растения похожи, может быть обманчивым. Когда растения молоды, можно сказать, что сорт не может защитить себя от угрозы – что он восприимчив. Но устранение восприимчивых сортов не дает надежно оставлять у вас устойчивые, – говорит Дюбери. В иммунитете растений, восприимчивость и устойчивость могут сильно зависеть от факторов окружающей среды.

В сложившейся ситуации фермеры рискуют просачиваться в зараженной почве. Зрелые растения также могут оказаться менее стойкими, чем ожидалось. Заводчики рискуют временем на улучшение сортов, которые оказываются непригодными для сельского хозяйства.

Химические средства защиты томатов

Для исследовательской статьи, тогдашний студент Дилан Цейс изучал четыре сорта помидоров. Сорта показывают среднюю и высокую устойчивость к Ralstonia solanacearum в коммерческом сельском хозяйстве.

Он взял кусочки листьев, стеблей и корней из здоровых растений каждого сорта и размял их. Затем он проанализировал эти смеси для химических веществ, которые сорта дают для защиты.

«Растения могут развить устойчивость к угрозам, таким как бактерии, вирусы или экологические стрессы, но в отличие от животных у них нет циркулирующих иммунных клеток в поддержку приобретенного иммунитета», – говорит Цейсс

«Растения используют врожденное сопротивление, закодированное их генами, а также синтезируют различные антимикробные химические вещества для борьбы с угрозами. Для каждой угрозы растение должно делать другой химический« коктейль ». Необходимый коктейль может варьироваться, в зависимости от местоположения, погоды и других стрессов », – говорит он.

Цейсс проанализировал 41 из этих химических веществ, называемых вторичными метаболитами, из сортов томатов. Он использовал жидкостную хроматографию в сочетании с масс-спектрометрией высокой четкости. Это показало, какие сорта сделали то, что метаболиты и сколько.

Затем исследователи проверили исходные данные с помощью механизма статистики для многомерного анализа.

Лучше, чем генетика

Растения «заметят», что нападает на них в их среде. Некоторые культивары лучше замечают сразу несколько угроз и делают все необходимые для защиты химикаты.

Если сорт имеет более сильное сопротивление против угрозы, он будет делать больше необходимых химических веществ. Эти химические вещества проявляются в виде сильных пиков при анализе. Если сорт не имеет большого сопротивления против этой угрозы, он либо не делает химического вещества, либо в значительно меньших количествах.

Исследователи сравнили химический состав культиварных «коктейлей» и сопоставили это с известным сопротивлением сорта к бактериальному увядью. В ходе этого процесса они обнаружили «метаболитный отпечаток» для томатной резистентности к увядью.

«В принципе, мы можем использовать этот подход для любого взаимодействия с растением и патогеном. Вероятную резистентность сорта можно прогнозировать на стадии рассады», – говорит Дубери.

«Если у сорта есть генетическая способность развивать устойчивость к угрозе, он синтезирует химические вещества для самозащиты. Таким образом, мы можем« видеть »устойчивость растений намного лучше, чем просто смотреть на них.

«И мы можем это сделать, когда саженцы всего несколько недель, а не ждать месяцев, чтобы увидеть, устойчивы ли зрелые растения», – говорит он.

В будущем селекционеры растений могут выбрать культуру сортов культур, более устойчивую к теплу, засухе, бактериям и вирусам, путем объединения метаболомиков с генной технологией, говорит Дюбер.

Центр исследований метаболомий растений в Университете Йоханнесбурга фокусируется на фундаментальных и прикладных исследованиях условий стресса растений, используя инструменты и подходы к метаболизму. Текущие проекты включают фитохимические аспекты взаимодействия растений и микробов, индуцируемые защитные реакции и врожденный иммунитет.

      

Source link